高效吸收式热泵及使用方法
技术领域
本发明大体来说涉及热泵，且更具体来说涉及使用二氧化碳及低汽压吸收器来作为循环流体的高压吸收式热泵。
背景技术
热泵在所属技术领域中是众所周知的。热泵仅仅是一种用于向系统递送热或进行冷却的设备，而制冷器是一种用于从系统中移除热的装置。因此，可将制冷器视为热泵的一种。在本申请案中，将本发明称作热泵，且应了解，可替代制冷器、空调、热水器、热电联产系统(也可称作热与电力组合或CHP系统，是指使用热发动机或发电站来同时产生电及有用的热两者)及热电冷三联产系统(另外产生冷却的热电联产系统)的名称而不改变装置的操作。热泵的固有特征是将热能从热源传递/移动到热沉。因此术语热泵的使用被广泛用作将热能从一个焓/熵状态传递到另一焓/熵状态。因此，对热泵的利用并不限于热或冷却的产生，而且还用于热能在实质上任何热力循环中的内在运动，其中包含将此热能转换为动力产生(例如，电能或机械能)的手段。
在吸收式热泵中，例如水的吸收剂吸收制冷剂(通常为氨)，从而产生热。当对组合溶液(也称作二元溶液)加压并进一步加热时，制冷剂排出。当预先冷却制冷剂并将其膨胀到低压时，其提供冷却。然后将所述低压制冷剂与低压排尽的溶液混合以完成所述循环。
许多水流吸收式热泵/制冷器利用水—氨耦合或水—溴化锂耦合。这两种吸收耦合可遭受一些缺点。所述水—氨耦合由于氨的毒性及可燃性会引起安全问题，而LiBr具有腐蚀性且极易因低压操作而失败，即，少量泄露而产生污染。此外，容易结晶也是一个棘手的问题。由于水的冻结，在极低压下操作通常是不可能的。已建议了其它吸收过程，但这些吸收过程通常涉及到有毒的、易燃的、值排放臭氧的或具有高气压温室效应的工作流体。
琼斯(Jones)的美国专利第6,374,630号“二氧化碳吸收式热泵(Carbon dioxideabsorption heat pump)”揭示了一种利用超临界二氧化碳的传统吸收循环。所述′630专利不预期一种具有极低汽压、低于50℃的沸点的吸收器或可实现优于0.70的性能系数的任何手段。此外，所述′630专利既不预期可降低解吸温度的任何非热手段，也不预期对膨胀能量的提取。应了解，所使用的术语二氧化碳及二氧化碳的缩写词是可互换的，其包含CO.sub.2及CO2。同样，所使用的术语水及水的缩写词是可互换的，其包含H.sub.2O及H2O。
撒米(Sami)等人的美国专利申请案第US 2003/0182946号“用于使用磁场来增强热泵及制冷设备性能的方法及设备(Method and apparatus for using magnetic fields forenhancing heat pump and refrigeration equipment performance)”利用可操作以破坏分子间力并减弱分子间引力的磁场来增强工作流体向气相的膨胀。已发现磁场能量可改变制冷剂分子的极性并破坏制冷剂分子之间的分子间范德华(Van der Waals)扩散力，而撒米(Sami)等人不预期利用磁场来降低解吸能量。
Ng等人的美国专利第6,434,955号“电子吸附冷却器：具有从微电子到常规空调的应用的小型化冷却循环(Electro-adsorption chiller：a miniaturized cooling cycle withapplications from microelectronics to conventional air-conditioning)”呈现吸收及热电冷却装置的组合。主导的物理过程主要为表面效应而不是体效应，或涉及到电子而不是流体流。所述′955专利未预期持续的吸收过程，而是将热能从分批解吸过程传送到依序处理的批量以供随后解吸。
莱恩(Rane)等人的美国专利申请案第US 2003/0221438号“高效能收附过程及系统(Energy efficient sorption processes and systems)”构想了具有热传送通道的吸附模件，所述热传送通道与吸附模件壁及可切换热管热接触。本发明的吸附模件导致低达5分钟的较低循环时间来产生用于使用旋转的接触圆盘再生液体干燥剂的有效的多级再生过程。所述′438专利既未预期持续的过程也未预期吸收过程。
科林(Korin)的美国专利申请案第US 2002/0078696号“混合热泵(Hybrid heatpump)”及美国专利第6,539,728号“混合热泵(Hybrid heat pump)”揭示一种混合热泵系统，其包含：(i)膜渗透器，其具有能够选择性地从含有蒸气的气体中移除蒸气以产生干燥气体；及(ii)热泵，其具有(a)用于与处理流体交换热能的内部侧面、(b)用于与外部环境交换热能的外部侧面及(c)用于在所述内部侧面与所述外部侧面之间沿任一方向泵送热能的热动力机构。科林(Korin)将膜与制冷空气调节系统组合使用来预先调节空气，且不执行或预期制冷剂本身内的任何相分离。此外，虽然已将膜用于各种分离应用中，但其在热泵系统中的使用已被限定。美国专利第4,152,901号及第5,873,260号主张通过分别使用半透膜及渗透蒸发膜来改善吸收式热泵。美国专利第4,467,621号主张通过使用烧结金属多孔膜来改善真空制冷，且美国专利第5,946,931号描述一种使用多微孔PTFE膜的冷却蒸发设备。这些专利不预期在吸收系统内使用膜来进行相分离，而是在吸附系统内进行。
蒙特(Munters)的美国专利第4,152,901号揭示一种用于在吸收热及冷却系统中传送能量的方法及设备，其中通过在压力下透过半透膜扩散混合物来将吸收剂从工作介质中分离，所述半透膜界定高于周围环境压力的相对高压的区域及相对低压的区域。所述′901专利不预期超临界操作，因为其明确地陈述“在减压的情况下使工作介质的稀释溶液穿过蒸发器，而在下降到周围环境压力的情况下使浓缩的吸收剂溶液穿过并进入到收附站中”。
林哈特(Linhardt)等人的美国专利第5,873,260号“制冷设备及方法(Refrigerationapparatus and method)”利用吸收剂/制冷剂溶液的增大的压力，所述溶液继而供应到渗透蒸发膜分离器以提供富含蒸气的制冷剂来作为一个输出流并提供浓缩的液体吸收剂来作为另一输出流。所述′260专利不预期超临界流体，因为其明确陈述“输入到吸收器的大致蒸发的制冷剂的压力小于50磅/平方英寸”且“进入膜分离器的吸收剂/制冷剂溶液的压力在约250到400磅/平方英寸范围内”。所述′260专利进一步注明“渗透膜吸收制冷循环还能够达到低温且可具有高于常规氨/水热分离系统的COP，但需要约为2,000磅/平方英寸或更高的极高的压力以迫使制冷剂通过渗透膜的孔”。应注意，渗透蒸发膜以与制冷及热泵系统中所使用的现有技术膜分离过程完全不同的方式操作。这些现有技术膜系统依赖于渗透压力来迫使制冷剂通过膜，由此将制冷剂与其它组分分离。对于氨-水对来说，常规上此需要约2,000到4,000PSI及更高数量级的压力。渗透膜是多孔的，从而允许氨穿过所述膜。渗透蒸发膜不是多孔的，但可通过将选定的材料溶解在膜中来使各组分穿过所述膜。此允许明显小于400PSI的更低的驱动力来充当驱动器。在氨-水混合物的情况下，渗透蒸发膜选择性地使氨及水蒸气穿过并滤除液态水。
科林(Korin)的美国专利第6,739,142号“膜干燥热泵(Membrane desiccation heatpump)”揭示一种包含膜渗透器的系统，所述膜渗透器用于从处理气体中移除蒸气且用于提供蒸气耗尽过程。此专利不揭示任何超临界流体的使用。
贝克(Baker)等人的美国专利第6,918,254号“过热器毛细管双相热动力动力转换循环系统(Superheater capillary two-phase thermodynamic power conversion cyclesystem)”揭示一种双相热动力动力转换系统，其包含毛细管装置、蒸气蓄力器、过热器、直列式涡轮、冷凝器、液体泵及液体预热器以作为产生器而通过产生交错的或脉冲式的蒸气流释放来产生输出动力。所述毛细管装置(例如环形热管或毛细管泵送环)耦合到蒸气蓄力器、过热器、用于产生输出动力以用于动力产生的直列式涡轮、液体泵及液体预热器。所述毛细管装置接收输入热，所述输入热用于将从液体预热器、液体泵及冷凝器接收的液体的相位变为气相以用于过热器中的额外加热，过热器继而用于驱动所述涡轮。将过热器与液体泵及预热器组合实施以用于蒸发器，从而实现改善的热效率且与此同时在远远低于其它可用的动力转换循环的最大循环温度下操作。所述′254专利需要一种包含环状热管及泵送环的毛细管装置以增大单个工作流体压力(即，实现热能增量所导致的压力差异)来代替传统上利用压缩机来增大热动力动力转换循环内的压力。此外，所述′254专利利用过热器级来消除任何液滴以避免涡轮桨叶内的液体碰撞。所述′254专利还是一种低压装置，其在高压与低压级之间的压力差异较低，如参照具有约1微米的孔大小的毛细芯(可购得)所明确表示，从而可维持约10磅/平方英寸的压力差异。总之，所述′254专利不能够利用包含具有超临界、二元化合物及/或无毒流体特征的流体的工作流体。专利′254依赖于利用毛细管装置来作为实现压力差异的一种手段。
哈格曼(Hageman)的美国专利第5,899,067号“通过吸入热及从工作流体中移除热来提供动力的液压发动机(Hydraulic engine powered by introduction and removal ofheat from a working fluid)”揭示一种热源，所述热源用作增大工作流体压力的手段，进而驱动活塞进行泵送，或者涉及连接到产生器而产生电的所述活塞。所述′067专利在操作上依赖于依序加热及冷却流体以使活塞上的压力能够通过加热来增大且然后通过冷却来减小，从而使流体能够从完全膨胀的位置恢复到完全压缩的位置。所述′067专利既是利用单个工作流体的低压装置，又由具有相对极小的表面面积的移动活塞构成，其均导致较慢的动力转换速率及较大的物理大小。
由美国怀俄明州(Wyoming)82071罗拉米市(Laramie)的怀俄明州立大学(University of Wyoming)化学与石油工程系的沈幼青(Youqing Shen)等人所著的在2005年2月9日接收出版的“用作吸收CO2的新材料的聚离子液体(Poly(ionic liquid)sas New Materials for C02 Absorption)”中指明，与离子液体相比，仅将离子液体配制成聚合体形式即可明显地增大CO.sub.2收附能力。沈等人进一步表明，尤其是基于四烷基季氨的离子液体的聚合体具有相当于室温下离子液体的CO.sub.2收附能力6.0—7.6倍的CO.sub.2收附能力。聚合体固体的CO.sub.2收附与解吸非常迅速，且所述解吸是完全可逆的。因此沈等人特别指出，对所述聚合体的利用“很有希望作为用于CO.sub.2分离的收附剂及膜材料”。
沈等人所指出的例示性聚离子液体是由具有最高的CO.sub.2收附能力的离子液体PF.sub.6阴离子构成的。更具体来说，聚离子液体包含1-[2-(甲基丙烯酰)乙基]-3-丁基-水杨基四氟硼酸盐([MABI][BF.sub.4])及1-(对乙烯苄基)-3-丁基-水杨基四氟硼酸盐([VBBI][BF.sub.4])、聚[1-(4-乙烯苄基)-3-丁基水杨基四氟硼酸盐](PVBIT)、聚[1-(4-乙烯苄基)-3-丁基水杨基六氟磷酸盐](PVBIH)及聚[2-(1-丁基水杨基-3-基)乙基甲基丙烯酸盐四氟硼酸盐](PBIMT)。测试分子大小的特定结果产生如下结论：CO.sub.2吸收能力主要依赖于聚离子液体的化学结构，而CO.sub.2吸收的速率则依赖于分子大小。
沈等人已确信所述聚合体固定用于收附剂或膜材料，且不预期利用聚离子液体来作为热力循环内的热传送流体或工作流体。
现有技术中缺少高效率、一种具有大于0.7的性能系数的系统及在正工作压力下使用无毒、非腐蚀性工作流体的环境友善且有效的吸收循环。
发明内容
本发明提供一种安全的环境友善的吸收冷却、加热及能量产生过程。所述过程使用二氧化碳吸收循环，所述循环利用一种液态无毒的吸收剂(例如离子液体)，从中吸收二氧化碳气体。仅将二氧化碳制冷剂循环到蒸发器及冷凝器热交换器，各成分与可呼吸空气直接接触，由此可避免与吸收器相关联的一连串缺点。进一步并入热动力液压泵可增大能量效率，尤其是在燃烧动力产生循环中，因为其消除了用于燃烧前的压缩的相当一大部分能量。
本发明的一方面将具有整体动力提取能力的吸收式热泵整合到标准蒸气压缩热泵来作为增大总动力转换及冷却性能系数的一种手段。
本发明说明书内所描绘的图式提供能量转换系统最重要的组件的例示性配置。以下段落提供对图式的详细说明。
附图说明
图1是所描绘的具有和机械能提取装置相同的膨胀涡轮配置的吸收式热泵的流程图。
图2是所描绘的具有与驱动蒸气压缩泵(即，压缩机)的机械能提取装置相同的膨胀涡轮配置的吸收式热泵的流程图。
图3是所描绘的具有磁性制冷热泵配置来作为增大浓溶液温度的非热手段的吸收式热泵的流程图。
图4是所描绘的具有膨胀涡轮配置的密封容积的吸收式热泵的流程图。
图5是所描绘的具有多级热泵系统的冷凝器预热浓溶液的吸收式热泵的流程图。
图6是所描绘的具有通过燃烧室及回流换热器的浓溶液预热的吸收式热泵的三维图。
图7是所描绘的具有由太阳能收集器内的整体式微通道热交换器获得的浓溶液解吸热能的吸收式热泵的剖视图。
图8是所描绘的高斯瓦尼循环(Goswami cycle)中的吸收式热泵的流程图。
图9A及图9B是热动力液压泵的流程图。
图10是用于从浓溶液解吸制冷剂的非热纳米过滤膜的流程图。
图11A、11B、11C及11D是两级吸收式热泵系统的多个配置的流程图。
图12是从吸收式热泵系统解吸的多用途制冷剂的流程图。
图13是用于清除燃烧副产物的多用途稀溶液及/或制冷剂的流程图。
图14是用作生物质到生物燃料转换过程中的整体式组件的吸收式热泵系统的流程图。
图15是经整合的液体干燥及燃烧系统的流程图。
图16是具有所述膜两侧的压力抵消的膜过滤系统的流程图。
图17是具有对压缩机及能量提取装置的单独控制的经整合燃烧系统的流程图。
图18是气蚀增强的吸收式热泵及增强的生物质到生物燃料转换过程的流程图。
图19是利用底部循环废热来为压缩机提供动力的吸收式热泵的流程图。
图20是热总线交换电路的流程图。
图21是热总线及各种热源的流程图。
图22是热总线及各种热沉的流程图。
具体实施方式
现在将本发明的高效吸收式热泵装置(下文中也称作“ScHPX”)阐述为一种主要由超临界吸收式热泵、低蒸气压力吸收器及一连串整体式组件构成以使用非热手段实现解吸的设备。
术语“热力循环”定义为其中工作流体经历一连串状态变化且最终返回到其初始状态的一个过程。
术语“太阳能”定义为从太阳获得的能量，其最通常的是指辐射的光子通过各种各样的手段直接转换为电子或声子。太阳能还可间接地转换为另外的能量形式，例如对地下水(也称作地热水)的加热。
术语“地热”定义为与地球的内部热有关，其受所吸收的太阳能影响。
术语“离子液体”、“ILs”定义为高度溶剂化的液体、其中能溶解各种有机及无机溶质的非配位介质。它们是各种化合物的有效溶剂，且其缺少可测量的蒸气压力使其成为挥发性有机化合物(VOC)的理想替代物。离子液体是理想的溶剂，因为它们是非挥发性的、不可燃的、具有高热稳定性且制造起来相对较廉价。关于离子液体的关键是其为液态盐，这意味着其由以液相存在且必须制造的盐组成；其并非仅是可溶解于液体中的盐。通常所述离子中的一者或两者明显较大且阳离子具有较低程度的对称性。这些因素导致离子液体具有降低的点阵能量且因此具有较低的熔点。
术语“电子化物”定义为与碱金属化物相似，但阴离子仅被认为是局限在合成的阳离子之间的晶体的区域的电子。
术语“碱金属化物”定义为一类离子化合物，其中阴离子属于第I族(碱)元素Na、K、Rb、Cs(未知“锂阴离子存在”)。所述阳离子为由较大有机络合剂络合的碱性阳离子。所得的化学形式为A+[络合剂]B-，其中所述络合剂为穴合剂、冠醚或氮杂冠醚。
术语“纳米流体”定义为含有纳迷级粉末的流体，所述粉末为具有小于约1微米且优选地小于约100纳米的直径的粉末。
术语“超临界”定义为在临界温度及压力之上利用流体的点。
术语“热泵”定义为以包含蒸气压缩、吸收及吸附的手段将从热源提取的热能传递到热沉。
术语“环状化合物”是其中一连串碳原子连接在一起以形成环或环状物的化合物。苯是一个众所周知的实例。
当一个以上环状物组合在单个分子中时使用术语“多环”，且术语“大环”用于含有十二个以上原子的环状物。
术语“电子受体”为在细胞吸呼作用期间接收或接受电子的一种化合物。所述过程开始于从电子给体传送电子。在此过程期间(电子传递链)，电子受体被还原且电子给体被氧化。受体的实例包含氧、硝酸盐、铁(III)、锰(IV)、硫酸盐、二氧化碳，或在某些情况下包含氯化溶剂，例如四氯乙烯(PCE)、三氯乙烯(TCE)、二氯乙烯(DCE)及氯乙烯(VC)。
术语“吸收”在使用热泵来冷却的应用中被广泛接受。在化学上，吸收是一种物理或化学现象或其中原子、分子或离子进入某一体相—气相、液相或固相材料的过程。这是一个与吸附不同的过程，因为分子是由体积而不是由表面占据的。一个更普遍的术语是收附，其涵盖吸附、吸收及离子交换。
术语“化学计量燃烧”是其间燃料得以完全燃烧的理想燃烧过程。完全燃烧是将所有的碳(C)燃烧为(CO.sub.2)、将所有的氢(H)燃烧为(H.sub.2O)且将所有硫(S)燃烧为(SO.sub.2)的过程。如果排气中存在未燃烧成分，例如C、H.sub.2、CO，则所述燃烧过程为不完全燃烧。
术语“过量气体”定义为超出计量化学量的气体的量。
术语“过程强化反应器”定义为其中发生化学反应的小型室。利用微观混合(尤其针对超临界流体)可实现高质量传送及快速的反应时间。超临界流体包含例如二氧化碳、甲烷、甲醇、氨、乙醇、丁醇及氢的气体。超临界流体可配制成乳状液，其优选地为用作显著增大表面积的手段的纳米乳状液。装置包含流体动力气蚀装置、微通道反应器、旋转圆盘、旋转套筒、振荡流反应器及反应性蒸馏反应器。
由琼斯(Jones)研发的香槟热泵的一个扩充ScHPX建立降低解吸温度及实现解吸的总能量要求的新颖方法。作为循环工作流体的制冷剂由任何环境友善的(也称作温室友善)流体构成，由此所述流体膨胀到蒸发器内的气体中。各种各样的制冷剂(尤其是所属技术领域中已知的用于吸收式热泵的制冷剂)可与ScHPX相容。优选的制冷剂选自氨与二氧化碳群组。更优选的制冷剂为二氧化碳，其具有降低的毒性及可察觉的安全性。所述特别优选的制冷剂在所述特定制冷剂所确定的超临界或跨临界范围内操作。
本发明热泵还可通过经改进的旋转圆盘反应器“SDR”实现优良的解吸。SDR具有极高的热及质量传送系数。所述浓溶液同时泵送到圆盘中心且随着液体向外移动形成一层薄膜。离心力形成强干涉波，所述干涉波产生浓溶液与旋转圆盘之间的高热传送。还可通过剧烈的局部混合使用SDR来加速超临界CO.sub.2.到稀溶液中的吸收。
所述ScHPX进一步由吸收器构成，制冷剂吸收到所述吸收器中以作为增大热源的温度上升(即，将相对较低温度的流体转化为较高温度(也称作较高质量))或提供冷却的方法。吸收系统的能量需求限定为传统上用于解吸的热源，及用于泵送浓溶液/对浓溶液加压的机械能或电能。术语“能量效率”是指用能量输出除以产生理想的输出所需的能量输入。高效率的吸收系统(其特征在于性能系数“COP”方面)需要主要降低解吸能量需求的方法。解吸有效地为其中制冷剂从吸收器分离的过程。
本发明的ScHPX利用各种吸收器，其中包含选自离子液体、离子固体、电子化物溶液及碱金属化物溶液组成的群组的至少一种吸收器。离子液体及固体在所属技术领域中被视为环境友善的溶剂。电子化物及碱金属化物溶液分别被视为在化学还原方法及氧化方法技术领域中。ScHPX唯一地以离子液体“IL”为特征，所述离子液体具有极低的(如果不可以忽略)蒸气压力，优选地离子液体可与超临界二氧化碳“scCO2”相容。本发明的scCO2与ILs的组合由于被视为部分易混合的流体组合而具有极好的二氧化碳溶解度及简单的相分离。部分易混合的流体既是易混的也是不易混合的，这与压力和温度都有着直接关系。可简单地将不易混合状态下的部分易混合的流体倾析出以用于相分离，这是一种固有的低能量分离方法。CO.sub.2对离子液体的相态及气体在液体中的溶解度如何是受阳离子和阴离子的选择及结构影响的。
所述工作流体的优选实施例为离子液体及聚离子液体“乳状液”，其组合了离子液体单体及聚离子液体聚合体(也称作离子聚合体)的增强的吸收/解吸特性两者的优点。对离子液体“乳状液”的标准分类是将乳状液的一个相位描述为“离子液体单体”或简称“ILM”相位且将其另一相位描述为“离子液体聚合体”或简称“ILP”相位。还可将所述ILM及ILP相位描述为离子液体浆，下文中称作“ILS”。优选的ILS由至少一种离子液体单体及至少一种离子液体聚合体构成。所述优选的ILS由具有大约在约0.1纳米与约500微米之间的粒子大小的ILP构成。尤为优选的ILS由具有大约在约10纳米与约5微米之间的粒子大小的ILP构成。且所述特别优选的ILS由具有大约在约0.1纳米与约500纳米之间的粒子大小的ILP构成。利用纳米级粉末的现有工作具有确定的100纳米而不受理论限制，此有效大小阈值对热传送具有量子效应。纳米级粉末大小是一种高度非线性过程，其中50纳米的粒子与100纳米的粒子相比具有较好的结果。且同样，30、20及10纳米分别优于各自的较大的大小。另一有效的阈值是10纳米，同样不受理论限制，针对此大小阈值，其中小于10纳米的粉末大小具有10纳米以上的粉末大小所不能实现的热传送性能优点。声子的平均自由路径被认为小于10纳米。
最应注意的是将二元工作流体包含在内，所述二元工作流体具有选自离子液体、聚离子液体聚合体、电子化物、碱金属化物及纳米流体溶液组成的群组中的至少一者的至少一种流体。所述尤为优选的工作流体具有选自离子液体、离子液体与聚离子液体聚合体的组合组成的群组的至少一种流体。所述特别优选的工作流体由热传送流体构成，所述热传送流体由至少一种离子流体及至少一种聚离子流体聚合体。进一步包含纳米级粉末可增大工作流体的导热性，所述纳米级粉末包含传导性粉末、半传导性粉末或其组合。
利用选自离子液体、非聚合固体吸附剂及其组合组成的群组的聚离子液体聚合体及至少一种额外的工作流体可维持工作流体通过热交换器泵送及循环以增大热传送且同时表明制冷剂速率的较好吸收及解吸的能力。
一种特别优选的离子液体或离子聚合体本身是有磁性的且具有明显的优点，其中包含当经受磁场/从磁场移开时的较高吸收及解吸速率及以非热手段更容易地将所述材料与制冷剂分离的能力。
进一步添加选自环状、多环及大环化合物及其组合组成的群组的至少一种非离子化合物(其中包含抗氧化剂、多酚、木酚素及维生素)可为工作流体提供增强的热稳定性及操作寿命，且不会受理论增强的热传送及电子传递限制。
电子传递介体包含聚阳离子蛋白质、硫醇桥接络合物、巯基化络合物、金属蛋白、具有铁-硫簇的蛋白质络合物、海藻糖络合物、铁硫簇、钠-氨、硫-氨、包含壳聚糖乳酸盐的壳聚糖络合物、壳聚糖α硫辛酸或巯基化壳聚糖或其组合。影响电子传递的额外的添加剂包含铁盐、铁盐衍生物、钾盐、乳酸盐、钾盐衍生物、乳酸盐衍生物、植酸、没食子酸及其组合。
当进一步由选自电子传递介体、电子给体、电子受体、紫外线吸收器、红外线吸收器、量子点、纳米级粉末及其组合组成的群组的至少一种添加剂构成时，包含能量转换的吸收式热泵是尤为优选的。利用纳米级粉末可以量子的手段增强热传送及导电性而不受理论限制。添加添加剂(尤其在纳米级范围内)可对光子到声子、光子到电子、电子到声子、声子到电子等的转换产生影响。
热传送流体的尤为优选的应用可在热能转换装置内操作，所述热能转换装置包含选自太阳能热平板、太阳能热集中器接收器、热离子发射电池、热伏打电池、发电机、压缩机及热泵组成的群组的装置。且由此所述特别优选的应用中的流体及至少一种所吸收气体(优选地为CO.sub.2)可在溶液中以跨临界或超临界区域操作，由此随后解吸的气体用于热力循环内，所述热力循环包含选自高斯瓦尼(Goswami)、上原(Uehara)、卡利那(Kalina)、兰金(Rankine)、卡诺(Carnot)、焦耳-布雷顿(Joule-Brayton)、埃里克逊(Ericsson)及斯特灵(Stirling)组成的群组的循环。
制冷剂与吸收器的额外组合在所属技术领域中被视为具有部分混溶性。本发明的另一方面是实现相分离随着选自温度、压力及pH值组成的群组的至少一个因素而变化。优选的解决方案进一步包含利用少量pH值来改变吸收器内的制冷剂的溶解度。更优选的解决方案可与使用包含电渗析的方法的pH值控制组合来改变温度与压力。使相分离能够进行的另外一种方法是应用静电场，因为静电场可增大离子流体的溶解度。
本发明的ScHPX进一步利用电子化物与碱金属化物溶液。优选的电子化物溶液由氨构成。电子化物的主要益处集中在自由电子(即，能量状态)在阴极与阳极之间的传送上。另外的益处是电子化物的强还原特征，这对后来并入纳米级粉末是重要的。这是重要的是因为纳米级粉末(特别是金属)部分地由于粉末的高表面积而容易被氧化。
本发明的又一实施例是进一步包含选自传导性、半传导性、铁电及铁磁粉末组成的群组的至少一种纳米级粉末。所属技术领域中已知的纳米级粉末可维持胶质分散系且同时增强或改变各种特性，其中包含磁力、热物理特性(例如，导热性)、导电性及吸收特征。更优选的纳米级粉末进一步由具有纳米级表面修饰的纳米级粉末构成，所述纳米级表面修饰包含选自单层及纳米级多层(即，小于100纳米的表面涂层)组成的群组的表面修饰。特别优选的纳米级粉末可增强选自热物理特性、导电性及太阳光谱吸收组成的群组的一个以上参数。
本发明的ScHPX的又一特征是整合机械能提取装置。所述机械能提取装置可通过在解吸步骤之后的制冷剂膨胀级期间提取能量来增强效率(即，COP)。参照图1，可通过利用通过阀或流量调节器20从解吸器50解吸的制冷剂将机械能转化为所属技术领域中已知的各种各样的有用的能量形式，其中包含膨胀涡轮65。所述ScHPX具有在将制冷剂吸收到吸收器30中之前通过热交换器25进一步冷却的能力，这依赖于其操作条件。这些形式包含将机械能转化为电能(例如，交流或直流发电)或驱动泵、压缩机或电动机。这些包含选自油泵、准涡轮、活塞、球形发动机、膨胀涡轮、膨胀泵、斯特灵(Stirling)循环发动机、埃里克逊(Ericsson)循环发动机及冲压式喷气涡轮组成的群组的能量提取装置。优选的机械提取装置可影响制冷剂超临界状态，所述状态是超声波范围内相对高质量流量“密度”及操作的特征。参照图2，更优选的机械提取装置是选自压缩机15及涡轮65组成的群组的整体式超声波装置。特别优选的装置根据冲压式喷气发动机或脉冲式喷气发动机原理操作。所得的是一种相对小型的高效压缩机或涡轮以用于分别通过向浓溶液加压来输入机械能或在制冷剂膨胀期间通过降低压力来提取机械能。
参照图2，所述ScHPX具有与传统的蒸气压缩系统(例如压缩机15)进行流体连通的能力。用蒸气压缩机15进一步压缩从解吸器50解吸的制冷剂，所述蒸气压缩机既可提高温度也可提高压力，来作为在需要冷却时增加性能系数的一种方法，因为压缩机能量仅需用于增加超出解吸器50压力的压力增量，其明显消耗较少的电能/机械能。制冷剂与热交换器25流体连通，所述热交换器有效地充当冷凝器且可出于许多目的来传送热能，其中包含第二级吸收式热泵解吸器、预热燃烧空气、预热燃烧燃料、加热二次热传送流体或其组合。
如先前表明，对吸收式热泵的效率来说最关键的方面是解吸能。ScHPX通过本发明的非热法与传统热法的组合来实现解吸。所属技术领域中已知的传统热法可以通过空气到液体或流体到液体热交换器的简单热传送来实现，由此相对较热的流体可将热能传送给相对较冷的浓溶液。优选的非热法选自磁制冷、蒸气压缩热泵、太阳能激活的直接光谱光吸收、静电场、电渗析、膜分离、电解吸、渗透蒸发、气体离心机、涡流管CO.sub.2-液体吸收器及倾析组成的群组。用于移除CO.sub.2的膜不操作为过滤器，其中小分子通过具有孔的介质与较大分子分开。替代的是，所述膜根据通过无孔膜的溶液扩散原理来操作。CO.sub.2首先溶解到膜中且然后从其中扩散。因为所述膜不具有孔，所以其不会基于分子大小来进行分离。而是，其基于不同化合物溶解到膜中且然后从其中扩散的程度来进行分离。例如，聚氯乙烯醋酸乙烯膜阵列允许CO.sub.2更快地渗透。极小的分子及极高溶解度的分子、小分子(例如CO.sub.2)比大分子渗透得快。
参照图10，另外一种非热解吸手段包含微波及/或射频能量。含有离子液体及离子聚合体的优选工作流体具有独特的吸收微波能量的能力。一个优选的实施例是利用纳米过滤装置400，所述纳米过滤装置不具有能吸收微波能量、吸收射频能量、干扰静电场、干扰磁场或其组合的材料。将浓溶液局部暴露到前文所提及的场可产生迅速及高效能解吸。
膜分离包含传统的超过滤及纳米过滤来作为以包含分子量及粒子大小分离的方式分离各成分的方法。
参照图3，更优选的非热法与利用磁热效应将浓溶液100提升到高于解吸温度的磁制冷105相组合来利用铁电/铁磁纳米级粉末的组合，且随后将工作流体从磁场中移开可使制冷剂120能够解吸产生的稀溶液115，从而通过较少地利用来自热交换器25的热能或甚至不利用热能(即，不需要任何热交换器)来将浓溶液转化为稀溶液。特定优选的实施方案持续地且依序地将浓溶液以脉冲输送到至少两个解吸区中。依序地将浓溶液划分为解吸区可使将浓溶液加压到解吸区所需的泵送能量降低。
本发明又一方面是在标准的吸收设计中没有压缩机。唯一的移动部分仅限于极小的泵，其中小是针对与整个系统能量相比消耗的能量来说的。利用自由活塞泵可提供高效、安静、低成本及无油蒸气压缩的机会。无油对于实现各种益处来说是重要的，所述益处包含避免了使优选的超临界二氧化碳溶解在油中，这可带来相当大的复杂性，及消除了形成于热传送表面上的油边界层，这可带来对热传送的破坏。超高COPScHPX不并入蒸气压缩级来作为实现可比得上并超过最高蒸气压缩热泵的COP的方法。优选的压缩机也是无油的，这可通过并入所属技术领域中已知的用于降低摩擦的许多技术来实现，所述技术包含：金刚石涂层、类金刚石涂层、超细金刚石涂层、空气轴承、磁悬浮及固体润滑剂。
本发明的另一方面进一步避免了与无泄露泵或压缩机相关联的复杂性。参照图4，ScHPX因此进一步包含密封容器35，由此所述密封容器可捕获泵送系统所泄露的制冷剂，所泄露的制冷剂可被周期性地排放到稀溶液中。密封容器捕获泄露到所述密封容器中的低压浓溶液。控制器监测密封容器内的压力以确定何时切换控制阀以使位于吸收器30与解吸器50之间的通常对浓溶液加压使其进入到解吸器中的泵460现在对泄露到密封容器中的废料加压使其进入到解吸器中。
物理大小及吸收速率是任何吸收系统的另外的重要组成部分。本发明的ScHPX进一步包含气蚀装置，由此所述气蚀装置可通过形成具有明显较大表面积的微泡来增强吸收速率。更优选的气蚀装置选自可形成流体动力气蚀的一类装置。
通过利用微通道热交换器来进一步降低ScHPX的物理大小，由此超临界流体可具有降低的表面张力来抵消与高表面积热交换器相关联的流体摩擦力。
ScHPX系统配置
本发明ScHPX是独特的，不仅由于其特定的组件，而且在操作配置方面也是独特的。一种多级吸收式热泵系统，也称作级联系统，其中一个不同的制冷剂A用于至少一个不同级中且至少一个其它不同制冷剂B用于至少一个其它不同级中。每一级实际上都是一个不同的热力循环，尽管每一级均与另一级关联且一个级的输出是另一级的输入。优选的ScHPX可影响制冷剂A的解吸温度与制冷剂B的解吸温度的差。参照图5，换句话说，一个级的冷凝热源(即，冷凝器259)是另一级的解吸热源(即，冷凝器258)。
又一配置是具有平行能量产生系统或燃烧室的直接注入以使其排气可注入到吸收器中的ScHPX。一个关键的优点是可从排气流中捕获潜能。一个更优选的实施方案利用所属技术领域中已知的技术来选择性地使制冷剂进入吸收器，由此可对排气进行处理以移除副产物，其中副产物包含NO.sub.x及硫。此实施方案可同时实现二氧化碳隔离。然后利用可从ScHPX获得的冷却来预冷燃烧空气以增大涡轮容量及能量效率。
参照图6，可通过捕获从燃烧室230及燃烧回流换热器220的导热废料直接回收的热能来获得效率上的进一步增量。回流换热器通常用于捕获废热，尽管通过回流换热器外壁的导热限定了回收的总能量，尤其是例如机动车应用的有空间约束的实施方案。
本发明的ScHPX的热能唯一地应用低质量热源。一种这样的源为非集中式太阳能收集器。更优选的解决方案中的太阳能收集器内具有整体式热交换器。参照图7，更优选的实施方案为太阳能收集器300，其可实现选自集中太阳能310来作为降低热损失的手段及冷却光电电池320组成的群组的至少一个益处。特别优选的实施方案为进一步降低热损失及热交换器大小的整体式微通道热交换器340。且所述尤为优选的实施方案具有将太阳能收集器与热交换器分离的半透明薄膜330，由此来自太阳光谱的光子可使光子激发的解吸能够进行，从而降低了解吸温度。还可通过外部电场及电磁场来实现激发的解吸。进一步包含纳米级粉末(其中包含量子点及紫外线吸收器)可增强效率，由此吸收器内粉末的胶质分散系增强了光子到电子的直接转换及随后的阴极与电极之间的电子传输。最佳的解决方案具有至少一个太阳能收集器级，跟随在所述级之后的是至少一个太阳能集中器级，其中每一级形成一个单独的压力带(即，过热蒸气状态)。
如先前指明利用本发明的ScHPX可在工作流体进一步提高到较高蒸气状态时产生更高的发电效率。通过利用相对较低温度的热源(例如废热或非集中式太阳能)提高到第一蒸气状态的工作流体可随后通过各种手段被提高到更高的蒸气状态，所述手段包含：传统的蒸气压缩机、集中式太阳能、燃烧源、相对较高温度的热源或其组合。可重复从一个较低蒸气状态到随后的较高蒸气状态的此提高。最佳能量效率用蒸气状态的交错增大来取代对传统蒸气压缩机的利用，以作为经由热-水力压缩机/泵通过一连串热动力级来提高蒸气状态的手段。利用高表面积热交换器来作为热液压压力增大区的整体式组件可使压力能够迅速增加。迅速增大每一区内的压力的能力使膨胀装置能够接收具有恒定压力的工作流体。
存在将一个区与其它区分离的若干方法及装置。一种这样的构件是由具有微通道的旋转汽缸构成的无阀液压泵，所述微通道位于所述旋转汽缸的外部部分上。旋转汽缸的内部部分暴露到热源。所述旋转汽缸位于又一外部汽缸内，所述外部汽缸密封每一微通道，从而将微通道内的每一区与其它区分离。在旋转周期期间，微通道内的工作流体既增大温度也由此增大压力。所述流体进入个别的微通道，优选地沿微通道的整个长度从垂直于微通道的入口管进入。同样，出口管具有相对于微孔的相同定向，但其沿汽缸以可旋转方式偏移。
或者，所述热液压压缩机/泵并入具有高表面积的“固体”/浆，将所述“固体”/浆加热到特定的温度并随后放入到“密封容器”中。然后将工作流体注入到所述密封容器，从而致使压力迅速地增大。进一步并入弹簧活塞以形成反作用力，优选地以使所述弹簧形成至少与膨胀装置所需的进口压力相等的恒定力。所述弹簧进一步使所有过热蒸气能够从压力区喷射出且能够维持恒定压力。进一步利用挠性囊或弹簧可增强从一个压力区输出到下一压力区中或输出到膨胀装置的恒定压力。又一优点是，每一压力区均被基本空出以供由前一压力区全部占据。
参照图9B，单独的压力区通过利用输入二极管200来交替地产生，所述输入二极管也可称作输入流控制装置。用于调节输出的这样一种的装置为输出二极管240，也可称作压力释放阀。利用一连串压力释放阀以将开启压力设置为从第一个压力释放阀递增到最后一个压力释放阀，其中每一压力释放阀均有增量增加，这是防止回流及提供可增大工作流体蒸气状态的固有可控制构件的一种有效方式。所述一连串压力释放阀在热交换器，加热器250或排量泵加热器220内的集合体在下文中称作“压力系”热交换器。因此压力释放阀在所述压力系内形成有效单独区。所属技术领域中存在可实现精确及/或相对压力控制的若干方法。
预期最佳方案是最后一个单独区使输出流在精确的压力下发生，不论所述压力是由电子压力控制与压力传感器组合控制还是由机械压力释放阀控制。这一释放阀也可在不同的压力下在前一输出区与下一输入区之间被激活。
多个平行的压力系热交换器使输出到动力提取装置的压力恒定，以使压力系内压力释放阀的数目及/或多个平行压力系的数目中的一者或两者的增大可致使最恒定的压力输出。
参照图9B，两者均形成单独的压力区的额外装置包含准涡轮，所述准涡轮用作正排量泵，所述正排量泵由入口管210、内部加热器220、出口管230及液压泵构成。
参照图8，ScHPX的最终实施方案特征可通过以高斯瓦尼(Goswami)、卡利那(Kalina)、贝克(Baker)或上原(Uehara)循环操作来实现较高的效率。在高斯瓦尼(Goswami)循环下，ScHPX可经最优化以提供除最佳总能量效率之外的最大程度的加热、冷却或能量。
描绘一种吸收式热泵系统，其具有至少两个压力级，其中每一依序的级具有增大的压力，其中第一级的压力P1小于第二级的压力P2。在利用由吸收构成的至少一个“压缩”级时可利用与传统的蒸气压缩压缩机相比明显较少的机械能/电能。由于压缩“不可压缩的”液体比压缩可压缩的蒸气需要较低的能量，所以吸收式热泵唯一地将热能转化为压力，所述热能通常为废热或可从辅助过程中容易地获得。所述益处可在若干配置下实现，其中包含，参照图11A，其中工作流体/吸收剂450(例如IL)与来自吸收器430的浓溶液(例如固体吸收剂(A1))混合并进入到第二级吸收器431中。随后将混合的浓溶液(A2)从较低压力(P1)依序泵送到增大的压力(P2)(460)，所述浓溶液与解吸器50流体连通。出于若干目的(其中包含增大冷凝器温度及提高压力以用于随后的提取过程)可经由传统的蒸气压缩机15可选择地压缩所解吸的制冷剂。参照图11B，从第一级吸收式热泵解吸器50解吸制冷剂且然后用流量阀20将其调节到第二级吸收式热泵解吸器30中以通过泵送不可压缩的浓溶液(460)将其提高到增大的压力。参照图11C，从第一级吸收式热泵解吸器50解吸且然后用流量阀20调节到第二级蒸气压缩压缩机15的制冷剂被提高到增大的压力。参照图11D，图中替代地将蒸气压缩压缩机15描绘为第一级，例如当初始压力PO不足以使制冷剂被吸收到第二级吸收式热泵吸收器30的稀溶液中，然后在随后由高压泵460以高机械效能/电效能提高到更高的压力的情况下。所有这些前述配置均利用与单个或甚至多个级的蒸气压缩压缩机相比较少的机械能/电能。
实例1
吸收式热泵系统，其中将压力从初始压力P0增大到第二级压力P2的操作模式选自以下各项组成的群组：(1)具有第一吸附或吸收级，其具有压力P1.sub.1，其中包含固体或液体吸附剂；及第二吸附或吸收级，其具有压力P2.sub.1，其中第一级吸附剂A1.sub.1与第二级液体不可压缩吸附剂A2.sub.1组合且其中P1.sub.1小于P2.sub.1，或(2)具有第一级非吸收压缩级，其中包含压缩机或涡轮增压器，其中第一级将压力从初始压力P0.sub.2增大到操作压力P1.sub.2，且第二级由包含固体或液体吸附剂的吸收级构成，其中P1.sub.2小于P2.sub.2。
实例2
实例1进一步由第三级构成以进一步增大压力，其中压力增大手段包含非吸收压缩级(即，传统的压缩机、涡轮增压器等)或吸收泵送级。
参照图12，来自解吸器50的已解吸制冷剂，其中所述制冷剂随后在至少一个后解吸过程阶段中被处理，所述级选自反应化学物质(包含酶化学物质、发酵化学物质)、成分提取、超临界燃烧及其组合组成的群组，其中将工作流体压力增大到操作压力(P1)所需的组合的机械能与电能(E.sub.1)比通过压缩工作流体的可压缩部分来将工作流体压力增大到操作压力(P1)所需的组合的机械能与电能(E.sub.2)至少低10％。此配置是能够使超临界提取、超临界燃烧及过程强化反应器“PIR”技术领域中已知的益处的利用增大的一种方法。所属技术领域中已知的各种各样的特定装置已被认为可用于PIR，其中包含：流体动力气蚀、微通道、旋转圆盘、旋转套筒、振荡流及反应性蒸馏反应器。进一步将纳米级催化剂并入到PIR内且更特定来说通过利用超临界工作流体可由于高质量传送速率及较低的粘性而在很大程度上增大反应速率。生物质到生物燃料转换应用中最显著的后解吸过程阶段为进一步由固定化酶构成的酶反应。
生物质到生物燃料转换最显著的是纤维素到乙醇的转换，是所属技术领域中众所周知的利用酶的转换。然而，不能溶解纤维素要求使用“自由”酶来代替固定化酶来获得可接受的酶转换速率。本发明对离子液体，且优选地对聚离子液体聚合体的利用可唯一地使固定化酶能够被组合利用，其中所属技术领域中已知各种各样的聚离子液体聚合体，其具有溶解纤维素的能力。进一步利用制冷剂，尤其是利用包含二氧化碳的超临界流体可显著地降低能溶解在IL内的纤维素的粘性。聚离子液体聚合体“PILP”由于可相对容易地回收固定化酶而优于IL，所述酶通过将酶固定化成聚合体的技术领域中已知的手段被并入到PILP中，尤其当利用膜过滤来作为将酶转化的生物质与IL及PILP分离的一种手段时。IL与PILP的组合可提供两种固定化酶的益处，且同时具有与PILP相比相对容易的IL循环，从而实现到固定化酶的有效生物质传递。本发明应用的优选实施例具有重新使用固定化酶来产生极大的经济及转换速率的独特能力，其进一步的优点是具有随后将所用过的酶从IL及PILP浆中移除的能力，然后用活性酶来随后补充所述IL及PILP浆，并再次进一步随后将其固定在PILP内。
通过进一步添加将固定化酶有效地转化为副产物(其中包含氨基酸、蛋白质水解产物或其组合)的不同酶来将作为催化化学反应的专用蛋白质的固定化酶从IL中移除。短链氨基酸及蛋白质水解产物具有增大的水溶解度，从而可容易地从IL及PILP浆中洗去。因此，固定化酶的移除可利用不可溶于或部分地不易混合于IL或PILP相位中的副产物。确定IP及PILP中的一者/两者及固定化酶何时在要求被移除/再生/取代时被“消耗”是通过布置检测器来进行的以监测选自以下各项组成的群组的至少一个条件：离子液体吸收速率、离子液体解吸速率、催化转换速率、酶转换速率及其组合。
参照图12，设置一连串传感器70来监测吸收式热泵内的浓溶液、稀溶液及制冷剂，且在利用加速生物质到生物燃料转换速率的手段(其中包含催化剂及酶)的后续过程470之前以及之后。吸收式热泵系统的一种替代后续过程为超临界燃烧。先前表明的通过利用废热(其中包含来自所述超临界燃烧过程的废热)来实现超临界压力的益处使得从所述燃烧过程产生的能量(即，与例如涡轮的能量提取装置相关联的能量)的寄生过程损失减小能被加以利用以产生额外的机械能/电能，而低质量热能可被回收以驱动对吸入的空气的压缩。
参照图13，本发明吸收式热泵的实施例的又一优点(尤其是超临界流体的低能量可用性)使得燃烧废气副产物的至少一种成分(例如，CO.sub.2)能被从工作流体内移除。所述稀溶液从解吸器50解吸，解吸器50将IL及/或PILP及/或所解吸的制冷剂含纳到燃烧过程480中。已广泛认识到，单独的及组合的超临界二氧化碳与离子溶液均为较好的溶剂，因此不连续地操作超临界燃烧过程使不连续操作的非燃烧部分能够将燃烧副产物清除掉。进一步利用含有多于化学计量燃烧所需气体的过量气体的燃料使得副产物能被连续地移除，尤其当所述过量气体为超临界CO2时。不论是否利用稀溶液及/或制冷剂来清除来自燃烧过程480的燃烧室，所述“清除”流体必须在在吸收式热泵循环内被再次利用之前通过分离技术(其中包含纳米滤波400)领域中已知的手段将燃烧废气副产物清除。
参照图14，图中描绘另一优选实施例，其中利用副产物从生物质到生物燃料转换过程的吸收/吸附/离子交换来产生额外的生物燃料，所述副产物包含二氧化碳、甲烷、甲醇或其组合。传统的基于谷物的淀粉到乙醇转换被广泛地视为可产生相当量的CO2，且另外既利用相当量的热能又产生低质量的废热。通过热交换器25从生物质过程490回收的此废热通过热交换器25与解吸器50流体连通。对超临界燃烧的利用的另一益处是添加至少一种燃料添加剂510的能力，所述燃料添加剂包含壳聚糖、甘油、纤维素及木酚素。优选实施例为，通过注入水使壳聚糖、纤维素及木酚素从IL及PILP浆中沉淀出来，且特别优选地在微通道内来作为形成小于约10微米且更优选地小于约1微米的粒子大小且尤为优选地小于约100纳米的大小的手段。所述高表面积使得燃烧520更完全，从而降低了烧焦、灰尘及焦油的产生。生物质沉淀物的优良载体包含至少一种选自柴油、天然气、丁醇、乙醇、汽油、二氧化碳、氨、氢及水组成的群组的燃料添加剂。又另外的添加剂包含水、湿生物质、甘油、丙三醇、二醇(其中包含乙二醇、二亚甲基二醇、丙二醇或其组合)。含有生物质沉淀物的胶质分散系的燃料理想地适于多孔燃烧室内的超临界燃烧，如有效地产生零排放的技术领域中已知。或者，所解吸的处于超临界压力下的制冷剂使更多有效的过程强化反应530能够进行。所述反应包含选自催化反应、燃烧反应、酶反应及其组合组成的群组的至少一个进一步的转换过程。一个尤为优选的实施例为将生物质副产物转换为另外的生物质，所述另外的生物质以电化学方式转换(500)为液体或气体燃料。所述特别优选的配置转化废热以产生电，所述电至少部分地为所述电化学转换过程供电。此配置显著地增大了生物燃料转换厂的生物质的收入产量，因为每单位能量所产生的收入明显地大于电的批发价格。保持离网且产生甲醇(例如从反向燃料电池中的CO2+H2O产生)或其它电化学反应产物的能力具有若干益处，其中包含：更多的二氧化碳中性、增大的收入、部分地由于超临界压力的较快反应速率、部分地由于IL、PILP、电子传递介体等的较高导电性及过程强化装置530。
参照图15，另一实施例为与液体干燥剂系统流体连通的吸收式热泵系统。优选的实施例包含将燃烧过程转换为可回收排气的超临界燃烧520。所述组合唯一地使来自液体干燥剂系统540的所利用的废热能够经由热交换器25而被回收以解吸(50)浓溶液，随后可回收所述浓溶液以对随后的燃烧循环550进行预热，所述循环包含选自燃烧循环空气吸料、燃烧循环燃料及其组合组成的群组中的至少一者。继续进行废热回收的过程使得燃烧排气能够被回收以通过包含解吸工作流体、再生用过的/湿液体干燥剂系统或其组合的手段来产生增大的冷却、动力或其组合。另一配置为能量转换系统，其中来自液体干燥剂系统540的废液干燥剂进一步被用作燃料或用于燃烧循环550的燃料的一个成分，所述干燥剂可以是干干燥剂/湿干燥剂且可具有/不具有从吸收系统解吸器50解吸的制冷剂。优选的液体干燥剂由甘油、丙三醇或二醇构成，所述二醇包含选自二亚甲基二醇及丙二醇或其组合组成的群组的二醇。此不同的能力可产生以下基本优点：将各种生物燃料产物整合到一个厂中，尤其是整合到具有作为副产物的大量热能及甘油(此二者均为用于乙醇生产的有价值的输入)的生物柴油厂。又一优选实施例从所述燃烧循环550排气中回收潜能，所述排气变为废液吸收剂且其中所述废液吸收剂进而被用作燃料或用于燃烧循环的燃料的一个成分。废液干燥剂可进一步由选自生物柴油、天然气、丁醇、乙醇、汽油、二氧化碳、氨及氢组成的群组的至少一种燃料构成。
参照图16，图中描绘一种使得在超临界压力条件下利用膜过滤的特征，所述膜过滤包含微过滤及纳米过滤。需要一连串检测器/控制器来维持解吸室膜纳米过滤400两侧的压力，其中跨越所述膜的压力差小于最大膜操作压力。最少需要两个检测器/传感器70来监测所述膜每一侧的压力。需要流量阀20来将浓溶液流变为所述膜的输入侧，且同时利用及控制制冷剂流以实现精确的压力控制。这可通过同时地控制通过流量阀20进入膜的输出侧中的制冷剂流来进行，以根据膜规格将压力差维持在可接受的操作水平中。可将分离的制冷剂视情况储存在高压储存罐560中，且可使用传统的蒸气压缩压缩机15进一步对所述制冷剂加压以维持充分的压力，尤其是在启动条件下。室膜两侧的工作流体的每一流量阀20均被单独地控制。
参照图17，图中描绘另一特征，其可通过实施吸收式热泵系统的优选实施例来实现，所述吸收式热泵系统为由单独控制的压缩机及能量提取装置以及燃料燃烧室构成的能量转换系统，在所述燃料燃烧室中，动态地控制或切换压缩能量以使动力产生最大化。所述压缩能量可从选自以下各项组成的群组的至少一个源来提供：(a)热储存系统590、(b)高压储存罐560，其包含空气、工作流体或液压油、(c)外部预热器580，其包含来自所述燃料燃烧室、太阳能及地热源的热能，及(d)吸收式热泵，其利用来自至少一个源的用于解吸器50的废热，所述至少一个源选自以下各项组成的群组：所述燃料燃烧室、生物质到生物燃料转换过程、太阳能及地热源，其中从涡轮65提取的膨胀能量驱动压缩机15来压缩吸入的空气570。
参照图18，图中描绘又一特征，其中从解吸器50解吸的制冷剂由CO2构成。所述CO2是超临界的，且在对生物质600的预处理上具有明显的优点，其中工作流体经过包含纳米过滤400的分离过程以作为将二氧化碳与所述工作流体内的其它成分分离的手段，所述工作流体包含：水、矿物、矿物盐、不燃物、燃烧副产物或其组合。在生物质到生物燃料转换过程610之前将环状、多环及大环化合物(其中包含多酚、含有芳环的化合物)与生物质另外分离具有各种益处，包含增大转换为生物燃料的速率及提取高值添加成分以增大收入流。对CO2的分离是隔离CO2的一种有效手段，尤其是因为CO2已经处于超临界压力下，从而避免了与传统的CO2隔离相关联的重大能量损失。又一优选实施例为进一步包含气蚀装置，所述气蚀装置可增强选自吸收710、解吸720或其组合组成的群组的至少一个速率。IL或PILP的相对较高的粘性，尤其是具有高固体生物质的IL或PILP从气蚀装置的使用中极大地受益，所述气蚀装置在以吸收模式操作的同时提供均匀混合且在以解吸模式操作的同时提供汽提。
参照图19，另一实施例为与燃烧过程流体连通的吸收式热泵系统。一个优选实施例包含通过回流换热器863来回收来自燃烧过程480的排气581废热，以由吸收式热泵系统将底部循环低质量能量转化为通过压力交换器861(例如油泵或具有共用轴的压缩机与膨胀器(例如涡轮)的组合)从解吸器50制冷剂高压解吸的有用的能量，所述压缩机与膨胀器组合用于将吸入的空气570“压缩”到较高的压力(优选地压缩到临界压力)。另一优选实施例通过冷凝器860预热吸入的空气570，所述冷凝器回收从已经由空气调节/制冷循环内的蒸发器862获得热能的吸收器30吸收的热。另一更优选的实施例利用与回流换热器863下游流体连通的排气581来至少部分地提供用于解吸制冷剂的热能且然后出于各种各样的目的(其中包含家用热水及对处理水进行预热)通过热交换器提供热能。从前述燃烧过程480所得的热能可被用于各种各样的热能转换过程，其中包含流循环、处理热、锅炉及超临界锅炉。
参照图20，另一实施例为用于切换一连串热源的动态热总线，此处描绘为常规热交换器25及热泵850(即，在此方案中热二极管93倒转以与冷凝器流体连通)。所述优选实施例具有切换阵列94，其由至少一个流入切换电路95及流出开关92(其中包含如图所示正常开启，其中如图所示优选地有一个正常关闭91)构成，如所属技术领域中已知，所述开关具有将来自一连串热源的任何热源切换为一连串热总线电路的任何热总线电路的能力。所述不同热总线电路的代表性实例为一连串电路，所述电路具有偏离热总线温度平均数834的目标温度。此实例利用具有通常比各自的平均数833、832及831低若干摄氏度的温度目标差的三个电路，以及具有通常比各自的平均数835、836及837高若干摄氏度的温度目标差的三个电路。每一热总线电路具有至少一个传感器70，其中包含用于检测实际电路温度的温度传感器。另外的检测器/测量包含质量流速、热能流速及压力。测量压力是关键的，尤其是当所述压力处于超临界范围中以将压力维持在爆破压力以下时，从而使压力损失最小化。所述动态热总线的一个优选实施例是整合一连串传感器70以检测/监测临界参数，尤其是用于识别热源能量效率、热沉能量效率、热源及产物性能系数及热沉最终产物性能系数(例如，所产生的制冷、电能等除以总能量输入)的非线性算法的参数(本文中称作“非线性参数”)，所述参数随着选自以下各项组成的群组的至少一个参数而变化：热总线热交换器入口温度、热总线热交换器出口温度、热总线质量流速、热源入口温度、热源出口温度及热源质量流速。预期使用所属技术领域中已知的若干方法来控制流体流，其中包含阀、智能材料，其特性随着(优选地但不限于)温度、可变速度泵、流开关及热二极管而变化。
参照图21，描绘一个替代实施例，图中显示一连串热源，其中热源具有从热源传递到热总线的不充分的热能，从而导致切换电路传送热源热能使其与热沉(其中包含用于温度提高的热泵850)直接热接触/连通。在又一实施例中，较低温度的电路(例如支持制冷剂蒸发器920)进而经引导以与包含用于低温冷却的热泵851的热源流体连通。所述多个电路热总线由三个电路810、820及830的实例表示，所述电路通过用于切换流及/或传热(由切换电路840表示)的技术中已知的方法以可切换方式流体连通。又一实施例为这样的配置：其中任何一个电路内的热源均作为用以最大化每一热源的热传送的方法通过依序增大热源入口温度而成为连续的热源。或者是这样的配置：其中任何一个电路内的热沉均为通过依序减小热沉入口温度而连续的热沉以作为使每一热沉的热传送最大化的方法。
期望均位于居住/商业/工业环境内的各种各样的热沉或源，其中包含制冷剂冷凝器910、制冷剂蒸发器920、洗碗机废热回收930(还可可选择地回收水)、烤箱冷却器940、水龙头水槽950、淋浴器960、电子冷却器970、照明冷却器980(其中包含LED，尤其是一连串LED)、热泵冷凝器990、热泵蒸发器991、一个或一个以上外部热交换器992及/或窗口热交换器993。前述窗口热交换器将不可见光(即，紫外线及/或红外线光谱)转化为与热总线电路热接触的热能。窗口热交换器的最佳实施例是可见光透明合成物，优选地由高导热性纳米合成物构成以将热能传递到热总线中。更优选的实施例包含具有高导热性的可见光透明纳米合成物薄膜，其含纳于多格空腔内且与窗口热交换器(优选地为超临界压力流体热交换器，且尤为优选地为具有纳米级添加剂且具有低可见光吸收及高红外线及/或高紫外线光吸收的流体)热连通。窗口热交换器的尤为优选的实施例进一步由纳米合成物薄膜构成，所述纳米合成物薄膜具有反射到内部红外线及/或紫外线光谱波的外部薄膜。所述热交换器进一步由内部格上的纳米合成物薄膜构成，所述纳米合成物薄膜可将红外线及/或紫外线光谱波从外部面反射到导热薄膜背面，且可将红外线及/或紫外线光谱波从建筑物内部(其中构建有窗口热交换器)反射回所占据的建筑物空间中以使热损失最小化。所述窗口热交换器及/或导热薄膜优选地进一步由气凝胶构成以作为这样一种使热损失最小化的方法。所述导热薄膜及窗口热交换器进一步与窗口结构热分离，如所属技术领域中已知。
参照图22，在所述优选实施例内，所述热总线流体流速是通过对泵460的可变速度控制来控制的，所述泵利用一连串传感器70，所述传感器检测/监测各种参数以确定能量效率，其中包含：流入及流出温度、流体流速、能量消耗千瓦时“kwh”、功率产生kwh、BTU(即，热能)热量计。由于热动力的非线性，实现最佳总系统能量效率不仅仅依赖于使从热源的废热回收最大化，而是精确流控制以作为影响热源前后温度变化(即，ΔT)的优选方法。控制热总线以在热能热沉最大热能需求的约束内使最高热总线电路的温度增量最大化，所述约束包含最大流速及最大温度(即，系统通过聚集散能片不会将流速增大到超过最大可用水平或超过任何散能片的最大可用温度，且同时牺牲其它散能片的能量效率)。确定使热电路的温度最大化在个别成分能量效率方面具有许多损失情况，其中包含(a)所回收废气的总量的降低；(b)降低蒸气压缩系统内的低温冷却/预冷却后冷凝器，从而可导致实现空气调节/制冷的较低能量效率；(c)生物质过程600及/或生物质发酵过程具有清晰的最大过程温度，其中酶反应将恶化且酶甚至可变得失活；(d)为移除吸收器30内的吸收能量而增大温度可导致较低的吸收冷却；(e)增大温度以超出临界解吸温度可简单地增大需要从吸收冷却循环的低温冷却部分移除的能量的量；(f)增大温度以超出例如涡轮65浆叶的组件的设计限度可获得能量效率但是以系统寿命为代价，其中增大的动力产生收入增量不会超过增大的维修费用的增加；及(g)若干热沉不在其稳定状态/平衡条件下操作，其中包含实际上不连续再生的液体干燥剂冷却系统540。优选实施例的另一特征利用前述切换电路840来确定来自特定的选定的热总线电路(例如，最高温度的电路837)的输出，所述输出经导引以流体连通到特定的选定的热沉，其中包含例如制冷冷凝器910或用于后续燃烧过程的吸入的空气570的装置。
所述热总线流体流方向/路径由基于非线性参数的一连串算法来控制，所述非线性参数表示流体连通(或连接)到热总线的热源及热沉。所述热源及热沉由热接口连接到至少一个热总线电路，所述热接口包含热二极管及/或热开关(其中包含所属技术领域中已知的如下类型的热二极管/开关：液体金属开关、相位变化材料、智能材料、由可移动热触点构成的开关，所述可移动热触点包含高导热性纳米合成物，例如碳纳米管阵列合成物)。尤为优选的热源/热沉经由开关电路阵列而连接，所述开关电路阵列具有改变与至少两个热总线电路的热连通的手段。根据由至少一连串非线性参数及至少一个热二极管/开关构成的热总线控制系统来控制所述特别优选的动态热总线开关电路。所述动态热总线进一步由热储存装置构成，所述热储存装置优选地进一步由提供储存能力水平及温度的实时反馈的传感器构成。控制系统操作模式包含：(a)使总热能到机械能/电能转换最大化的方法；(b)在可实现的最高温度下使质量流速最大化的方法；(c)在可实现的最低温度下使质量流速最大化的方法；(d)使来自具有温室效应气体辐射的燃料源的能量消耗最小化的方法；(e)使来自所有源的总能量消耗成本最小化的方法，其中成本包含任何温室效应气体辐射损失；(f)前述方法“e”，其进一步由参数操作约束构成，从而确保每一热源及热沉(下文还称作“设备”)均满足最小操作条件；及(g)前述方法“f”，其进一步由无法满足最小操作条件的数量成本构成。所述控制系统进一步由包含日历、设备操作时间表、预测性设备操作时间表、预测性天气及建筑物占有时间表的数据构成，且进一步由包含设备能量消耗算法及设备能量产生算法的非线性算法构成。